第21讲化学能与热能.docx
- 文档编号:5386114
- 上传时间:2022-12-15
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:140.78KB
第21讲化学能与热能.docx
《第21讲化学能与热能.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第21讲化学能与热能.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第21讲化学能与热能
化学反应与能量
(主备人马海林)
【课标要求】
1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
2.通过生产生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。
3.举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。
4.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
【考纲要求】
1.了解化学反应中能量转化的原因,能说出常见的能量转化形式。
2.了解化学能与热能的相互转化。
了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解热化学方程式的含义。
4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
了解化学在解决能源危机中的重要作用。
5.了解焓变与反应热的含义。
了解△H=H(反应产物)—H(反应物)表达式的含义。
6.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。
【高考题重点考查内容】
1.热化学方程式的书写。
2.用盖斯定律计算反应热ΔH,根据ΔH计算热量。
3.ΔH的大小比较。
【近五年新课标卷】
1.[2014·新课标全国卷Ⅰ]已知分解1molH2O2放出热量98kJ。
在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为H2O2+I-―→H2O+IO- 慢 H2O2+IO-―→H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
2.[2014·新课标全国卷Ⅱ]室温下,将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)
CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3,则下列判断正确的是()
A.ΔH2>ΔH3B.ΔH1<ΔH3C.ΔH1+ΔH3=ΔH2D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
3.[2014·新课标全国卷Ⅰ]乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法生产或间接水合法生产。
回答下列问题:
(2)已知:
甲醇的脱水反应2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH1=-23.9kJ·mol-1
甲醇制烯烃的反应2CH3OH(g)===C2H4(g)+2H2O(g)ΔH2=-29.1kJ·mol-1
乙醇的异构化反应 C2H5OH(g)===CH3OCH3(g)ΔH3=+50.7kJ·mol-1
则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH________kJ·mol-1。
与间接水合
法相比,气相直接水合法的优点是____________________________________。
4.[2014·新课标全国卷Ⅱ]在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)
2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)
5.[2013新课标Ⅰ]P120
6.(2013·新课标卷Ⅱ·12)在1200℃时,天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)+
O2(g)=SO2(g)+H2O(g)△H12H2S(g)+SO2(g)=S2(g)+2H2O(g)△H2
H2S(g)+
O2(g)=S(g)+H2O(g)△H32S(g)=S2(g)△H4
则△H4的正确表达式为()
A.△H4=2/3(△H1+△H2-3△H3)B.△H4=2/3(3△H3-△H1-△H2)
C.△H4=
(△H1+△H2+3△H3)D.△H4=
(△H1-△H2-3△H3)
7.[2012新课标]工业上利用天然气(主要成分为CH4)与CO2进行高温重整制备CO,已知CH4、H2和CO的燃烧热(ΔH)分别为-890.3kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-283.0kJ·mol-1,则生成1m3(标准状况)CO所需热量为________;
8.[2012·大纲版]P120
9.[2011新课标]科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。
已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。
请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________;
10.[2010新课标]已知:
HCN(aq)与NaOH(aq)反应的△H=-12.1kJ•mol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)中和反应的△H=-55.6kJ•mol-1.则HCN在水溶液中电离的△H等于()
A.+43.5kJ•mol-1B.-43.5kJ•mol-1C.-67.7kJ•mol-1D.+67.7kJ•mol-1
【全国其他省市高考情况】
2014年
1.[2014·重庆卷]已知:
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=akJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g)ΔH=-220kJ·mol-1。
H—H、OO和OH键的键能分别为436kJ·mol-1、496kJ·mol-1和462kJ·mol-1,则a为()
A.-332B.-118C.+350D.+130
2.[2014·浙江卷]下列说法不正确的是( )
A.光催化还原水制氢比电解水制氢更节能环保、更经济
B.氨氮废水(含NH
及NH3)可用化学氧化法或电化学氧化法处理
C.某种化学检测技术具有极高的灵敏度,可检测到单个细胞(V≈10-12L)内的数个目标分子,据此可推算该检测技术能测量细胞内浓度约为10-12~10-11mol·L-1的目标分子
D.向汽油中添加甲醇后,该混合燃料的热值不变
3.[2014·安徽卷]臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)
N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A.图1升高温度,平衡常数减小B.图20~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1
C.图3t1时仅加入催化剂,平衡正向移动D.图4达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
4.[2014·海南卷]某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是()
A.反应过程a有催化剂参与
B.该反应为放热反应,热效应等于ΔH
C.改变催化剂,可改变该反应的活化能
D.有催化剂条件下,反应的活化能等于E1+E2
5.[2014·海南卷]标准状态下,气态分子断开1mol化学键的焓变称为键焓。
已知H—H、H—O和O===O键的键焓ΔH分别为436kJ·mol-1、463kJ·mol-1和495kJ·mol-1。
下列热化学方程式正确的是( )
A.H2O(g)===H2+
O2(g) ΔH=-485kJ·mol-1
B.H2O(g)===H2(g)+
O2(g) ΔH=+485kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=+485kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-485kJ·mol-1
6.[2014·江苏]已知:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH34Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)+Fe2O3(s)===3CO2(g)+2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A.ΔH1>0,ΔH3<0B.ΔH2>0,ΔH4>0C.ΔH1=ΔH2+ΔH3D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
7.[2014·全国卷大纲]化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。
回答下列问题:
(1)已知AX3的熔点和沸点分别为-93.6℃和76℃,AX5的熔点为167℃。
室温时AX3与气体X2反应生成1molAX5,放出热量123.8kJ。
该反应的热化学方程式为____________________________________________。
8.[2014·天津卷](4)晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。
由粗硅制纯硅过程如下:
Si(粗)
SiCl4
SiCl4(纯)
Si(纯)
写出SiCl4的电子式:
________________;在上述由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量,写出该反应的热化学方程式:
________________________________
9.[2014·安徽卷]CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。
在25℃、101kPa下,已知该反应每消耗1molCuCl(s),放热44.4kJ,该反应的热化学方程式是
10.[2014·福建卷]一定条件下,在水溶液中1mol
Cl-、ClO
(x=1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如右图所示。
①D是________(填离子符号)。
②B→A+C反应的热化学方程式为(用离子符号表示)
11.[2014·四川卷](3)已知:
25℃、101kPa时,
Mn(s)+O2(g)===MnO2(s) ΔH=-520kJ/mol
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297kJ/mol
Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1065kJ/mol
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化方程式是
12.[2014·广东卷]用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。
反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①
CaSO4(s)+CO(g)
CaS(s)+CO2(g) ΔH1=-47.3kJ·mol-1
②CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5kJ·mol-1
③CO(g)
C(s)+
CO2(g) ΔH3=-86.2kJ·mol-1
(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g)
CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)的ΔH=
(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
2013年
1.[2013·海南卷]已知下列反应的热化学方程式:
6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)
===2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1,2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH2,C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的ΔH为( )
A.12ΔH3+5ΔH2-2ΔH1B.2ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
C.12ΔH3-5ΔH2-2ΔH1D.ΔH1-5ΔH2-12ΔH3
2.(2013·上海化学)糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是()
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-3e→Fe3+
C.脱氧过程中碳做原电池负极,电极反应为:
2H2O+O2+4e→4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
3.(2013·上海化学)将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。
然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。
由此可见()
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中,热能转化为产物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应的热化学方程式为:
NH4HCO3+HCl→NH4Cl+CO2↑+H2O-Q
4.(2013·海南化学·5)已知下列反应的热化学方程式:
6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)=2C3H5(ONO2)3(l)△H1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H2
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)=12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)的△H为()
A.12△H3+5△H2-2△H1B.2△H1-5△H2-12△H3
C.12△H3-5△H2-2△H1D.△H1-5△H2-12△H3
5.(2010•江苏)在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下(已知N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1)
下列说法正确的是()
A.2c1>c3B.a+b=92.4C.2p2<p3D.α1+α3<1
基础知识梳理
一、反应热焓变
1.含义:
在恒压条件下化学反应的热效应,其符号为ΔH,单位是kJ•mol-1
测量仪器是量热计。
2.产生原因:
3.吸热反应和放热反应
一个确定的化学反应是吸热反应还是放热反应,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
(1)吸热反应:
反应物总能量<生成物总能量。
该过程中热能转化为化学能。
(2)放热反应:
反应物总能量>生成物总能量。
该过程中化学能转化为热能。
判断依据
放热反应
吸热反应
ΔH的符号
ΔH<0(“-”号)
ΔH>0(“+”号)
与物质能量的关系
E反应物>E生成物
E反应物 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量 与化学键 的关系 生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量 生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂时吸收的总能量 ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和 反应过程 图示 常见 反应 ①燃烧反应 ②中和反应 ③金属与水(或酸)的反应 ④大多数的化合反应 ⑤铝热反应 ①大多数的分解反应 ②盐的水解 ③NH4Cl与Ba(OH)2•8H2O的反应 ④C和CO2、C和H2O(g)的反应,C、H2、CO与CuO等 【思考】 1、浓硫酸的稀释、NaOH固体溶解于水放热,NH4NO3(固体)溶于水吸热,这些是否属于放热反应或吸热反应? 2、判断某个反应是放热反应还是吸热反应,与反应条件有关吗? 反应热的多少与反应途径有关吗? 3、物质所具有的能量和物质的键能之间有怎样的关系? 【特别提醒】 ①不论放热反应还是吸热反应,均指化学反应,如浓硫酸的稀释、NaOH固体的溶解,三态的变化(如水的汽化、碘的升华)等都不是放热反应或吸热反应。 ②判断某个反应是放热反应还是吸热反应,与反应条件(是否需要加热)无关,反应热的多少与反应途径无关,只与反应物和生成物相应状态的总能量大小有关。 ③一般情况下,物质越稳定,具有的能量就越低,键能就大。 利用放热反应和吸热反应可以比较反应物和生成物的相对稳定性,能量越低越稳定。 ④一个反应若正反应为放热反应,则逆反应为吸热反应,如H2在O2中燃烧为放热反应,则水的分解即为吸热反应 4.常见物质含共价键的物质的量 1mol晶体硅中含2molSi—Si键,1mol金刚石含2molC—C键,1mol石墨含1.51molC—C键,1molSiO2中含4molSi—O键。 二热化学方程式 【知识梳理】 1、定义: 表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。 2、意义: 表明了化学反应中的物质变化和完全反应时的能量变化。 如: 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol表示在25℃、101Kpa下,2molH2(g)和1molO2(g)完全反应生成2molH2O(l)时释放571.6kJ的热量。 3、书写要求: (1)注明∆H的“+”、“-”和单位,注意“+”不能省略 (2)注明各物质的聚集状态,如s、l、g、aq,如H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)∆H 因为同种物质状态不同,具有的能量也不同,以物质A为例: A(g)>A(l)>A(s) (3)注明反应的温度和压强。 若不注明,即指该反应的∆H在常温常压下测定 (4)热化学方程式中的化学计量系数只表示物质的量,不表示分子数 因此化学计量系数既可以是整数,也可以是分数。 且∆H的大小与方程式中的化学计量系数成正比,如果化学计量系数加倍时,则∆H也要加倍。 当反应逆向进行时,逆反应的∆H与正反应的∆H绝对值相等,符号相反。 如2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)∆H1 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)∆H2 2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)∆H3 (5)一般不需注明反应条件(如加热、点燃等)。 (6)中间用“=”不用“→”,常见的可逆反应仍用“ ”,但要注意理解其含义。 【要点深化】 1、判断热化学方程式正误的“四看”法 (1)“一看”各物质的聚集状态是否正确; (2)“二看”∆H的“+”、“-”是否正确; (3)“三看”反应热的单位是否为kJ/mol (4)“四看”反应热数值与化学计量数是否对应。 2、根据两个热化学方程式比较反应热大小时要注意: (1)物质的聚集状态及其化学计量数; (2)反应热所带的“+”、“-”号均具有化学意义,参与大小比较。 三 燃烧热和中和热 1.燃烧热 (1)概念: 在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热。 燃烧热的单位一般用kJ·mol-1表示。 燃烧热的限定词有恒压(101kPa时)、可燃物的物质的量(1mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等,其中的“完全燃烧”,是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物: C→CO2(g),H→H2O(l),S→SO2(g)等。 (2)表示的意义: 例如C的燃烧热为393.5kJ·mol-1,表示在101kPa时,1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量。 (3)书写热化学方程式: 燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写它的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。 例如: C8H18(l)+ O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518kJ·mol-1,即C8H18的燃烧热为5518kJ·mol-1。 (4)燃烧热的计算: 可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放=n(可燃物)×ΔH式中: Q放为可燃物燃烧反应放出的热量;n为可燃物的物质的量;ΔH为可燃物的燃烧热。 2.中和热 (1)概念: 在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol液态H2O时的反应热叫中和热。 (2)注意几个限定词: ①稀溶液;②产物是1mol液态H2O;③用离子方程式可表示为OH-(aq)+H+(aq)===H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1。 (3)中和热的测定 ①测定原理: ΔH= c=4.18J·g-1·℃-1=4.18×10-3kJ·g-1·℃-1;n为生成H2O的物质的量。 ②装置如图(在横线上填出仪器的名称) 四 有关反应热的比较、计算 1.ΔH的比较: 比较ΔH的大小时需考虑正负号,对放热反应,放热越多,ΔH越小;对吸热反应,吸热越多,ΔH越大。 2.反应热的有关计算 (1)根据热化学方程式计算: 反应热与反应物的物质的量成正比。 (2)根据盖斯定律求算: 应用盖斯定律进行简单计算时,关键在于设计反应过程,同时注意: ①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。 ②当热化学方程式乘、除以某一个数时,ΔH也应相应地乘、除以某一个数;方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。 ③将一个热化学方程式颠倒书写时,ΔH的符号也随之改变,但数值不变。 ④在设计反应过程中,会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。 (3)根据物质燃烧放热的数值计算: Q(放)=n(可燃物)×|ΔH| 反应热与焓变的区别: 当系统发生了化学反应之后,使反应产物的温度回到反应前始态的温度,系统放出或吸收的热量就称为该反应的热效应,简称反应热,用Q表示,Q与过程有关,不是状态函数,即使始末状态相同,只要过程不同(如等压过程和等容过程),Q值就不同。 我们研究的反应热通常有两种: 等容反应热和等压反应热。 等容过程反应的热效应(Qv)等于反应的内能变化(ΔU);等压过程反应的热效应(Qp)等于反应的焓变(ΔH)。 通常反应是在等压条件下进行的,所以我们经常提及的反应热如无特别注明都是指等压下的热效应Qp。 焓是热力学中表示物质系统能量的一个状态函数,用符号H表示,H=U+pV。 焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。 焓是状态函数,它的值只与状态有关而与过程无关,例如系统由状态1(H1)➝状态2(H2),不管经过什么样的过程由1➝2,只要始末状态相同,焓变ΔH=H2-H1就是不变的。 这与Q不同,过程变化,Q值就发生变化。 只有过程是等压过程时,Q值与焓变相等,此时二者可以互求,其它过程二者均不相同,当然计算公式也就不同啦。 近五年新课标卷 3、-45.5 污染小、腐蚀性小等 4、大于 5、2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-204.7kJ/mol; 6、5.52×103kJ 7、 (1)2858 (2)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-443.5kJ·mol-1; 2014年其它省市高考试题 9、 (1)AX3(l)+X2(g)===AX5(s) ΔH=-123.8kJ/mol 10、 (1)b (2)氩 Na+(或钠离子) (3)MgO的熔点高,熔融时耗费更多能源,增加生产成本 AlCl3是共价化合物,熔融态难导电 (4) SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g) ΔH=+0.025akJ·mol-1 (5)b (6)4KClO3 KCl+3KClO4 11、 (1)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2 (2) < > < < (3)4CuCl(s)+O2(g)===2CuCl2(s)+2C
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第21讲 化学能与热能 21 化学能 热能
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)